JP2007506246A - Ｍｅａ触媒層の重なり合いを制御することによる一つのｍｅａ故障モードに取り組む方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】
ＭＥＡ（９）の触媒層（１０、１１）の重なり合いを制御することによりＭＥＡ（９）の故障モードに取り組む方法、並びに、本方法により構成された装置が開示される。本発明は、電解質（４）のエッジからのイオノマーの損失に起因した流れ場の機能不全に関連する膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）（９）のアーキテクチャーの特徴に取り組んでいる。イオノマーの劣化に取り組むため、本発明は、カソード触媒（１１）のエッジが、アノード触媒（１０）のエッジよりも、電解質（４）のエッジにより近くなるＭＥＡ（９）の設計を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、概して、陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池に係り、特に、一つの膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）故障モードにＭＥＡ触媒層の重なり合いを制御することにより取り組む方法、並びに、これにより形成された装置に関する。

陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池システムは、現在のところ、例えば、輸送、分配されたパワー及びポータブルパワー等、多数の用途におけるパワー供給源として使用するため開発されている。そのようなシステムは、パワーを経済的に分配し、環境上の利益及び他の利益をもたらすことを保証する。一般に、ＰＥＭ燃料電池システムの成功をもたらす商品化は、作動時における適切な信頼性のみならず、多年の作動に亘る耐久性のあるシステム性能を示す必要がある。

構成部品の劣化は、燃料電池の信頼性及び性能を減少させる。燃料電池システム全体の耐久性への悪影響を持ちかねない一つの膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）の故障モードは、イオノマーの劣化（膜材料損失）である。１つ以上の電池が電圧漏れから機能しなくなることに伴うパワーの損失は別にして、この状況は、その信頼性を懸念させる。

以上により、本願発明者らは、改善された耐久性を持つＰＥＭ燃料電池システムを提供するためＭＥＡの設計を改善する必要があることを認識した。

本発明は、膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）の触媒層の重なり合いを制御することでイオノマーの劣化を無くす膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）の設計を提供することによって、上記した必要性を満たすものである。本願発明者らは、触媒層のエッジにおけるイオノマーの劣化が、アノード触媒層がカソード触媒層を超えて延在するところのＭＥＡの一部でのみ発生することを発見した。本発明は、カソード触媒のエッジがアノード触媒のエッジよりも流れ場プレートのエッジにより接近するようにＭＥＡを設計することによりイオノマーの劣化を無くす。実際、このことは、カソード触媒の面積がアノード触媒の面積よりも大きいことを意味している。

本発明は、特定の利点又は作用に限定するものではないが、カソード触媒面積がアノード触媒面積よりも大きいＭＥＡを提供することにより、イオノマー損失に起因する局所化された膜の故障が無くなることが明記されるべきである。

一実施例では、本発明は、イオノマーの劣化に取り組む燃料電池のための膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を提供する。ＭＥＡは、第１の組のエッジを有するカソード触媒層と、第２の組のエッジを有するアノード触媒層と、カソード触媒層及びアノード触媒層の間に設けられた固体ポリマー電解質と、を備える。固体ポリマーは、イオノマー及び第３の組のエッジを有する。カソード触媒層の第１の組のエッジは、アノード触媒層の第２の組のエッジよりも、電解質の第３の組のエッジにより接近している。

別の実施例では、本発明は、イオノマーの劣化に取り組む燃料電池のための膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を提供する。ＭＥＡは、第１の組のエッジを有するカソード触媒層と、第２の組のエッジを有するアノード触媒層と、カソード触媒層及びアノード触媒層の間に設けられた固体ポリマー電解質と、を備える。固体ポリマー電解質は、イオノマー及び第３の組のエッジを有する。アノード触媒層は、イオノマーと接触するカソード触媒層の表面積よりも小さい、イオノマーと接触する表面積を有する。カソード触媒層の第１の組のエッジは、アノード触媒層の第２の組のエッジよりも、電解質の第３の組のエッジにより接近している。

更に別の実施例では、本発明は、第１の導電性拡散層と、該第１の拡散層に設けられたカソード触媒層と、第２の導電性拡散層と、該第２の拡散層に設けられたアノード触媒層と、触媒層の間に介在されたイオノマーを有する固体ポリマー電解質と、を備える燃料電池を提供する。カソード触媒層の第１の組のエッジは、アノード触媒層の第２の組のエッジよりも、電解質の第３の組のエッジにより接近し、アノード触媒層は、固体ポリマー電解質と接触するカソード触媒層の表面積よりも小さい表面積を有する。燃料電池は、更に、前記拡散層、前記触媒層及び前記固体ポリマー電解質を挟み込む一対の導電性流れ場プレートを備える。

別の実施例では、本発明は、イオノマーの劣化に取り組む電気化学的燃料電池のための膜電極アッセンブリを準備する方法を提供する。本方法は、イオノマーを含み、第１の表面及び第２の表面を有する固体ポリマー電解質を設け、電解質の第１の表面にカソード触媒層を形成し、カソード触媒層の第１の組のエッジが、アノード触媒層の第２の組のエッジよりも、電解質の第３の組のエッジにより接近するように、アノード触媒層を電解質の第２の表面に形成する、各工程を備える。

別の実施例では、本発明は、燃料電池システムを提供し、該燃料電池システムは、水素を含む燃料を供給する燃料貯蔵システムと、駆動システムと、駆動システムを制御するため燃料電池システムにより発生された電気を受け取り、調整するエネルギー変換部と、発生された電気を貯蔵するためのオプションの一時的なエネルギー貯蔵部と、駆動システムを燃料を用いてパワー供給する燃料電池と、を備える。燃料電池は、第１の組のエッジを有するカソード触媒層と、第２の組のエッジを有するアノード触媒層と、カソード触媒層及びアノード触媒層の間に設けられた固体ポリマー電解質と、を有する。固体ポリマー電解質は、イオノマー及び第３の組のエッジを有し、カソード触媒層の第１の組のエッジは、アノード触媒層の第２の組のエッジよりも電解質の第３の組のエッジにより接近している。

本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例に関する次の説明からより完全に理解されよう。なお、請求の範囲は、その記載によって画定され、本説明に記載された特徴及び利点の特定の説明によっては限定されない。

本発明の実施例についての次の詳細な説明は、添付図面と関連付けて読むとき最も良く理解することができる。これらの図面では、同様の構成は、同様の参照番号で指し示されている。

当業者は、図面中の要素は、簡潔にし明瞭にするため示されたものであり、必ずしもスケール通りに描かれているものではないことを認識する。例えば、図面中の要素の寸法の中には、本発明の実施例についての理解を改善させるため他の要素に対して誇張されている場合がある。

全ての種類の燃料電池は、性能の損失を被り、それらの作動の間に劣化する。性能損失は、固定した電流密度における電池の電圧における低下であるか、又は、その逆に、固定した電圧における電流密度の低下である。そのような性能損失は、作動環境、構成部品の設計、作動及びメンテナンス処置、及び、使用された材料の種類を始めとした、様々な因子の結果となり得る。イオノマーの劣化は、性能損失、及び、時期尚早の膜劣化に寄与し得る一因子である。従来技術の膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）におけるイオノマー劣化は、非常に局所化されていることが示された。

本発明は、商業上の成功にとって重大な因子である燃料電池の寿命に対する期待と合致させるため、ＭＥＡにおける触媒層の重なり合いを制御することによってイオノマーの劣化に取り組んでいる。図１は、本発明に係る、全体として参照番号１により参照される、陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池（ＦＣ）の概略断面図を示す。ＰＥＭ燃料電池１は、固体ポリマー燃料電池（ＳＰＦＣ）、固体ポリマー電解質燃料電池（ＳＰＥＦＣ）、又は、イオン交換膜燃料電池（ＩＥＭＦＣ）とも称されている。ＰＥＭＦＣ１は、電力及び反応生成物を発生させるため、反応物質、即ち燃料及び酸化剤を変換する。

ＰＥＭ燃料電池１は、２つの多孔性伝導性電極基体、即ち、アノード２及びカソード３を備えている。アノード２及びカソード３の間に介在されているものは、固体ポリマー膜の電解質４である。一実施例では、固体ポリマー膜は、例えばナフィオン（Ｒ）（デュポン）、フレミオン（旭硝子）、又は、ドウＸＵＳ（ドウケミカル）等の過フッ化スルホン酸（ＰＦＳＡ）イオノマーを含んでいる。多孔質であるアノード２及びカソード３の基体は、水素及び酸素を電解質４に供給し、水蒸気の副産物を除去するためのガス拡散層として機能する。

燃料流れは、燃料入口５に供給され、酸化剤の流れは、酸化剤の入口６で供給される。反応物の流れは、各々、燃料出口７及び酸化剤出口８で排出される。幅広い範囲に亘る反応物をＰＥＭ燃料電池１で使用することができる。例えば、燃料の流れは、ほぼ純粋な水素ガス、ガス状水素含有改質物流れ、又は、直接メタノール型燃料電池ではメタノールであってもよい。酸化剤は、例えば、ほぼ純粋な酸素、又は、空気等の希釈した酸素流れであってもよい。

一実施例では、アノード２、カソード３及び電解質４は、膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）９と称される単一の複合構成物を形成するように一体化される。アノード２及びカソード３の両方は、炭素粉末に担持された触媒を用いており、該炭素粉末は、ペーパー又は布等の炭素質基体に取り付けられている。図示のように、アノード２及びカソード３は、電解質４とのインターフェースに各々配置された薄い層の触媒１０及び１１を各々有する。副層（図示せず）が、触媒層と基体との間のインターフェース抵抗等の電極の一定特性を修正するためオプションで使用される。

触媒１０及び１１は、金属ブラック、合金、又は、支持された金属触媒のいずれであってもよい。一実施例では、アノード２の触媒１０は、炭素に支持されたＰｔ−Ｒｕであり、カソード３の触媒１１は炭素に支持されたＰｔである。触媒１０及び１１は、例えば、ナフィオン（Ｒ）のブランド名の過フッ化スルホンを基にしたイオノマー等のイオノマーを３０重量％まで含んでいる。触媒層は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等の結合剤も含んでいてもよい。

各電極２及び３のための触媒層を適切な基体に塗布することにより、ＭＥＡ９を準備することができる。所望ならば、副層が基体に最初に塗布され、触媒層が該副層に塗布されてもよい。これらの層は、適切な液体キャリアに混合された微粒子及び溶解固体を含むスラリー又はインクの形態で塗布することができる。液体キャリアは、微粒子及び分散された固体からなる層を残すように揮発される。電極２及び３は、熱及び／又は圧力の印加を介して又は他の方法により、電解質４の両側に結合することができる。代替例として、触媒層が、最初に電解質４に塗布され、その後、触媒化された膜又は電極基体のいずれかの上に、オプションの副層及び基体が組み込まれてもよい。

ＭＥＡ９は、ＭＥＡ９の各側部に配置された各電極基体の一表面を横切って反応物を差し向けるため、アノード流れ場プレート１２とカソード流れ場プレート１３との間に介在される。アノード流れ場プレート１２は、少なくとも１つの燃料流れチャンネル１４をアノード２に面したその表面に形成させており、カソード流れ場プレート１３は、少なくとも１つの酸化剤流れチャンネル１５をカソード３に面したその表面に形成させている。電極基体２及び３の協働表面に抗して組み立てられたとき、チャンネル１４及び１５は、燃料及び酸化剤のための反応物流れ場通路を各々形成する。流れ場プレート１２及び１３は、ＭＥＡ９により発生された電流を収集し、伝導するためにも使用される。従って、流れ場プレート１２及び１３は、水素及び空気を電池を通して流し、電池からの水副産物を除去し、電流を流すことができる任意の適切な材料であってもよい。このような材料として、例えば、グラファイト二極式プレート、炭素複合二極式プレート、金属フォイルにより支持された金属スクリーン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ＰＥＭ燃料電池１の通常の作動中には、燃料は、アノード触媒１０で電気化学的に酸化され、典型的には、陽子、電子、及び、用いられた燃料に応じた他の可能なスピーシーズを生じさせる。陽子は、反応箇所から伝達され、該箇所で陽子が生成され、電解質４を通って、カソード触媒１１で酸化剤と電気化学的に反応する。発生した電気化学的反応は、次の通りである。

アノード： Ｈ_２ → ２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
カソード： 1/2 Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ → Ｈ_２Ｏ
全体 ： Ｈ_２＋1/2 Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ
負荷の下の個々のＰＥＭ燃料電池１の出力電圧は、約１ボルト以下である。従って、より大きい出力電圧を提供するためには、多数の電池が通常一緒に積み重ねられ、より高い電圧の燃料電池スタックを形成するため直列に接続される。端部プレートアッセンブリ（図示せず）は、一緒にスタックを保持すると共にスタック構成部品を一緒に圧縮するため、スタックの各端部に配置されている。圧縮力は、密封状態を有効にし、様々なスタック構成部品の間で適切な電気的接触をなすために必要とされている。燃料電池スタックは、より高い電圧及び／又は電流を分配するためより大きなアレイを形成するように、直列に接続され及び／又は並列の組み合わせで更に接続することができる。

簡潔にするという目的のため、電池又は電池スタックの他の部品、例えば、冷却剤層、反応物流れチャンネル、又は、燃料及び酸化剤を触媒層に運搬し、電池を通した水の適切な運動を可能にするための他の特徴等も示されていない。それらの構成及び作用が当該技術分野で周知され、本発明の一部ではないからである。加えて、燃料電池システムは、本システムを制御し監視するため、例えば、負荷の要求により決定されたように反応物流量を制御するための、図示しない制御部を備えている。更には、本発明の次に説明された実施例は、明瞭にするため長方形形態を有するものとして図示されているが、他の多角形形状も、本発明で有利に使用することができる。

本実施例が如何にイオノマーの劣化に取り組んでいるかを以下に説明する。図示のように、電解質４のエッジとカソード触媒層１１のエッジとの間の距離が、参照記号ａで指し示されている。アノード触媒層１０のエッジと電解質４のエッジとの間の距離が、参照記号ｂで指し示されている。本発明によれば、電解質４のエッジに対する触媒層１０のエッジとカソード１１のエッジとの間のこれらの距離の関係は、｜ａ｜＜｜ｂ｜である。上述したエッジ又は重なり合った距離を維持するため製造中に触媒層１０及び１１の塗布を制御することは、カソード触媒エッジをアノード触媒エッジよりも流れ場プレートのエッジにより近くすることを通してイオノマーの劣化を無くすことができる。実際、このことは、カソード触媒層１１の表面積がアノード触媒層１０の表面積よりも大きいことを意味している。一実施例では、カソード触媒層１１の表面積は８０３．２５ｃｍ^２であり、アノード触媒層１０の表面積は７６８．６９ｃｍ^２である。しかし、カソード触媒層１１が全周辺部の回りでアノード触媒層１０を超えて延在する限り、他の触媒面積も受容可能となる。例えば、燃料電池の耐久性において所望の改善を達成した他の触媒面積は、カソードで７３４．８５ｃｍ^２、アノードで７０１．７３ｃｍ^２であり、更には、カソードで７６５ｃｍ^２、アノードで７３１．４６ｃｍ^２である。従って、一実施例では、触媒面積は、カソードで約７３０ｃｍ^２から約８０５ｃｍ^２の範囲に亘り、アノードで約７００ｃｍ^２から約７７０ｃｍ^２の範囲に亘る。カソードの表面積は、アノードの表面積よりも大きい、約３２ｃｍ^２から約３６ｃｍ^２である。

触媒層及びＭＥＡ９の厚さもばらつき得る。一実施例では、触媒層１０及び１１は、約８から約１０ミクロンの範囲の厚さを有し、ＭＥＡ９は、約３４ミクロンから約４１ミクロンの範囲の厚さを有する。しかし、当業者ならば他の厚さに代えることは自明である。この状況は、触媒層のエッジから電解質４のエッジまでの距離ａ及びｂに対しても同様である。一実施例では、型抜き加工されていないＭＥＡ９に関する距離ａ及びｂは、約４７ｍｍから約５８ｍｍの範囲を持っていた。

図２は、本発明の別の実施例に係るＰＥＭ燃料電池の概略断面図であり、全体として参照記号２０により表される。図１で使用される参照番号と同じ参照番号は、同じ構成要素を表している。この代替構成で示されるように、第１のガスケット１６は、アノード２と電解質４との間に設けられている。第１のガスケット１６の窓領域１７は、流れ場プレート１２のエッジから触媒１０の周辺部の回りで距離ｂの分離間隔を形成しつつ、電解質４と接触しているアノード触媒層１０の表面積のサイズを画定する。オプションで、第２のガスケット１８が、第２の窓領域１９を介してカソード触媒層１７の表面積のサイズを画定するため同様に設けられており、ガスケット１６及び１８の間で関係ａ＜ｂが成立する。電解質４と接触するカソード触媒層１１の表面積は、ガスケット１８の有無に関わらず、電解質４と接触するアノード触媒層１０の表面積よりも大きいことが理解されるべきである。しかし、ガスケット１６及び１８は、触媒層のエッジのサイズを完全に画定する必要はない。事実、各触媒のエッジとその各々のガスケットとの間の距離は、数ミリメートルでばらつき得る。

本発明に係る上記ＭＥＡ９は、多孔性カーボンファイバーペーパー基体（東レから入手されるＴＧＰ−０９０）に塗布された炭素担持プラチナ触媒を有する従来のカソードと、従来のナフィオン（Ｒ）のブランド名の固体ポリマー膜とを用いることができる。アノードも、多孔性カーボンファイバーペーパー基体（東レから入手可能なＴＧＰ−０９０）に塗布された従来の炭素担持プラチナ−ルテニウム触媒（カーボンブラックに支持された２０／１０の重量比のＰｔ／Ｒｕ合金）であってもよい。本発明は、例えば、トリフルオロスチレンを基にした成分、疎水性ポリテロラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ含有物質）、及び、それらの組み合わせ等の、異なる水吸収性のより高いイオノマーを使用することもできる。

図３に参照されるように、本発明に係るＰＥＭ燃料電池は、参照番号５０により指し示された自動車等のため、燃料電池システム４０で有利に使用することができる。図示されたこの実施例では、燃料電池システム４０は、燃料供給システム６０と、エネルギー変換部６２と、オプションの一時的エネルギー貯蔵部６４と、変換制御部６６と、駆動システム６８とを備える。燃料供給システム６０は、圧縮された水素を収容する簡単なシリンダーと、圧力コントローラとを備えていてもよい。液体水素又は水素化金属の使用は、本システムを幾分より複雑にする。熱がタンクに提供されなければならないからである。水素の代わりに炭化水素が燃料として使用される場合、燃料供給システムは、より複雑となる。この場合には、燃料処理装置（燃料改質器及びガス清浄器）７０は、ＰＥＭ燃料電池７２のための水素を提供するためエネルギー変換部６２内にあることを要求される。

燃料電池７２により生成された電気的エネルギーは、ＤＣ接続部７４を介して変換制御部６６のモーターインバータ７６に直接供給することができる。インバータ７６の出力は、駆動システム内でモーター７８を駆動する。幾つかの場合には、例えば、バッテリー、スーパーキャパシタ、又は、はずみ車等の緩衝システム８０を使用することが好ましい。緩衝システム８０は、ピークのパワーを供給する。これは、始動の間、又は、加速の間に必要となり得る。緩衝システム８０は、回生ブレーキ動作の間にエネルギーを吸収するため使用することもできる。

本発明が幾つかの好ましい実施例を参照して説明されたが、多数の変更が、上記した本発明のコンセプトの精神及び範囲内でなすことができることが理解されるべきである。従って、本発明は、開示された実施例に限定されるものではないが、添付された請求の範囲の用語により可能となる全範囲を網羅し得る。

図１は、本発明の一実施例に係る固体ポリマー燃料電池の概略断面図である。 図２は、本発明の別の実施例に係る固体ポリマー燃料電池の概略断面図である。 図３は、本発明の実施例に係るＰＥＭ燃料電池システムの概略図である。

Claims (20)

1. 膜電極アッセンブリであって、
   第１の組のエッジを有するカソード触媒層と、
   第２の組のエッジを有するアノード触媒層と、
   前記カソード触媒層及び前記アノード触媒層の間に設けられた固体ポリマー電解質であって、該固体ポリマー電解質は、イオノマー及び第３の組のエッジを有し、前記カソード触媒層の前記第１の組のエッジは、前記アノード触媒層の前記第２の組のエッジよりも前記電解質の第３の組のエッジにより接近している、前記固体ポリマー電解質と、
   を備える、膜電極アッセンブリ。
2. 膜電極アッセンブリを備える装置であって、
   前記膜電極アッセンブリは、
   第１の組のエッジを有するカソード触媒層と、
   第２の組のエッジを有するアノード触媒層と、
   前記カソード触媒層及び前記アノード触媒層の間に設けられた固体ポリマー電解質であって、該固体ポリマー電解質は、イオノマー及び第３の組のエッジを有し、前記アノード触媒層は、前記イオノマーと接触する表面積を有し、該表面積は前記イオノマーと接触する前記カソード触媒層の表面積よりも小さく、前記カソード触媒層の前記第１の組のエッジは、前記アノード触媒層の前記第２の組のエッジよりも前記電解質の第３の組のエッジにより接近している、前記固体ポリマー電解質と、
   を備える、装置。
3. 前記アノード触媒層の総表面積は、前記カソード触媒層の総表面積よりも小さい、請求項２に記載の装置。
4. 拡散層を更に備え、前記イオノマーと接触する前記アノード触媒層の表面積は、前記電解質と前記拡散層との間に介在されたガスケットによりサイズが定められている、請求項２に記載の装置。
5. 第１及び第２の拡散層を更に備え、前記イオノマーと接触する前記アノード及びカソード触媒層の表面積は、前記電解質と前記第１及び第２の拡散層との間に介在されたガスケットによりサイズが定められている、請求項２に記載の装置。
6. 前記カソード触媒層は第１の拡散層に提供され、前記アノード触媒層は第２の拡散層に提供されている、請求項２に記載の装置。
7. 前記カソード触媒層の表面積は、約７３０ｃｍ^２から約８０５ｃｍ^２の範囲に亘り、前記アノード触媒層の表面積は、約７００ｃｍ^２から約７７０ｃｍ^２の範囲に亘る、請求項２に記載の装置。
8. 前記カソード触媒層及びアノード触媒層の表面積の間の差異は、約３２ｃｍ^２から約３６ｃｍ^２の範囲に亘る、請求項２に記載の装置。
9. 前記電解質の前記第３の組のエッジに対する、前記カソード触媒層の前記第１の組のエッジ及び前記アノード触媒層の第２の組のエッジの間隔は、約４７ｍｍから約５８ｍｍの範囲に亘る、請求項２に記載の装置。
10. 前記触媒層は、約８ミクロンから約１０ミクロンの範囲の厚さを有する、請求項２に記載の装置。
11. 前記膜電極アッセンブリは、約３４ミクロンから約４１ミクロンの範囲の厚さを有する、請求項２に記載の装置。
12. 前記膜電極アッセンブリは燃料電池内に組み込まれており、
    前記燃料電池は、
    前記カソード触媒層に連結された、第１の導電性拡散層と、
    前記アノード触媒層に連結された第２の導電性拡散層であって、該アノード触媒層は該第２の拡散層に設けられた前記第２の導電性拡散層と、
    前記拡散層、前記触媒層及び前記固体ポリマー電解質を挟み込む一対の導電性流れ場プレートと、
    を備える、請求項２に記載の装置。
13. 前記カソード触媒層の表面積は、約７３０ｃｍ^２から約８０５ｃｍ^２の範囲に亘り、前記アノード触媒層の表面積は、約７００ｃｍ^２から約７７０ｃｍ^２の範囲に亘る、請求項１２に記載の装置。
14. 前記カソード触媒層及びアノード触媒層の表面積の間の差異は、約３２ｃｍ^２から約３６ｃｍ^２の範囲に亘る、請求項１２に記載の装置。
15. 前記燃料電池は、燃料電池システム内に組み込まれており、
    前記燃料電池システムは、
    水素を含む燃料を供給する燃料貯蔵システムと、
    駆動システムと、
    前記駆動システムを制御するため前記燃料電池システムにより発生された電気を受け取り、調整するエネルギー変換部と、
    前記発生された電気を貯蔵するためのオプションの一時的なエネルギー貯蔵部と、
    を備える、請求項１２に記載の装置。
16. 前記燃料電池システムは、前記燃料を前記燃料電池のための水素の豊富な流れへと変換するための燃料処理装置を更に備える、請求項１５に記載の装置。
17. 前記装置は、自動車である、請求項１５に記載の装置。
18. 前記アノード触媒層は、前記固体ポリマー電解質と接触する前記カソード触媒層の表面積よりも小さい表面積を有し、
    前記カソード触媒層の表面積は、約７３０ｃｍ^２から約８０５ｃｍ^２の範囲に亘り、前記アノード触媒層の表面積は、約７００ｃｍ^２から約７７０ｃｍ^２の範囲に亘り、前記カソード触媒層及びアノード触媒層の表面積の間の差異は、約３２ｃｍ^２から約３６ｃｍ^２の範囲に亘る、請求項１５に記載の装置。
19. 膜電極アッセンブリを準備する方法であって、
    イオノマーを含み、第１の表面及び第２の表面を有する固体ポリマー電解質を設け、
    前記電解質の前記第１の表面にカソード触媒層を形成し、
    前記カソード触媒層の第１の組のエッジが、アノード触媒層の第２の組のエッジよりも、前記電解質の第３の組のエッジにより接近するように、前記アノード触媒層を前記電解質の前記第２の表面に形成する、各工程を備える方法。
20. 前記アノード触媒層を形成する工程では、前記電解質の前記第２の表面と接触する前記アノード触媒層の表面積を、前記電解質の前記第１の表面と接触する前記カソード触媒層の表面積よりも小さくする、請求項１９に記載の方法。

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